JP5683941B2 - Method for producing binder composition for mold making - Google Patents

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Description

本発明は、フラン樹脂を含有する鋳型造型用粘結剤組成物の製造方法、及び鋳型造型用粘結剤組成物に関する。   The present invention relates to a method for producing a binder composition for mold making containing a furan resin, and a binder composition for mold making.

酸硬化性自硬性鋳型は、珪砂等の耐火性粒子に、フラン樹脂等の酸硬化性樹脂を含有する自硬性鋳型造型用粘結剤と、リン酸、有機スルホン酸、硫酸等を含有する硬化剤とを添加し、これらを混練した後、得られた混練砂を木型等の原型に充填し、酸硬化性樹脂を硬化させて製造される。   Acid-curing self-hardening mold is a hardened material containing a self-hardening mold-forming binder containing acid-hardening resin such as furan resin, and phosphoric acid, organic sulfonic acid, sulfuric acid, etc. An agent is added and these are kneaded, and then the obtained kneaded sand is filled in an original mold such as a wooden mold and the acid curable resin is cured.

上記フラン樹脂としては、フルフリルアルコール、フルフリルアルコール・尿素ホルムアルデヒド樹脂、フルフリルアルコール・ホルムアルデヒド樹脂、フルフリルアルコール・フェノール・ホルムアルデヒド樹脂、その他公知の変性フラン樹脂等が用いられている。   Examples of the furan resin include furfuryl alcohol, furfuryl alcohol / urea formaldehyde resin, furfuryl alcohol / formaldehyde resin, furfuryl alcohol / phenol / formaldehyde resin, and other known modified furan resins.

フラン樹脂は、通常、酸触媒の存在下、フルフリルアルコールを含有するモノマー組成物を重合して得られる。上記酸触媒としては、塩酸、硫酸、リン酸、キシレンスルホン酸、グルタル酸、コハク酸等が使用される。前記酸触媒を使用して得られたフラン樹脂を粘結剤組成物に使用すると、粘結剤組成物中に残存した前記酸触媒により、フラン樹脂の縮合が進むため、粘結剤組成物の粘度が上昇する。特に、保管温度が高い場合、粘度上昇が顕著となる。保管後に粘度が上昇した粘結剤組成物を鋳型の造型に使用すると、鋳型造型時の可使時間が短くなる課題があった。また、ポンプによる供給が不安定となるため、混練ムラを引き起こし、その結果、得られる鋳型の強度が低下する課題があった。   The furan resin is usually obtained by polymerizing a monomer composition containing furfuryl alcohol in the presence of an acid catalyst. As the acid catalyst, hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, xylene sulfonic acid, glutaric acid, succinic acid and the like are used. When the furan resin obtained using the acid catalyst is used in a binder composition, condensation of the furan resin proceeds by the acid catalyst remaining in the binder composition. Viscosity increases. In particular, when the storage temperature is high, the increase in viscosity becomes significant. When the binder composition having increased viscosity after storage is used for molding a mold, there has been a problem that the pot life during mold molding is shortened. Moreover, since the supply by the pump becomes unstable, kneading unevenness is caused, and as a result, there is a problem that the strength of the obtained mold is lowered.

また、フラン樹脂は酸性で反応が進むため、アルカリを添加して粘結剤組成物のpHを7以上の中性〜アルカリ性に調整し、粘度上昇を防ぐ方法がある。しかし、粘結剤組成物にアルカリを添加すると、鋳型造型時において、硬化剤である酸の一部が、添加されたアルカリとの中和反応に供されてしまい、鋳型の硬化が遅くなるおそれがあった。更には、粘結剤組成物中に中和塩が生成されるため、樹脂成分(純分)の割合が減少し、鋳型強度が低下するおそれがあった。   Further, since the furan resin is acidic and the reaction proceeds, there is a method of preventing the increase in viscosity by adding an alkali to adjust the pH of the binder composition to 7 or more neutral to alkaline. However, when an alkali is added to the binder composition, a part of the acid that is a curing agent is subjected to a neutralization reaction with the added alkali at the time of mold molding, and the mold may be cured slowly. was there. Furthermore, since a neutralized salt is generated in the binder composition, the ratio of the resin component (pure component) is reduced, and the mold strength may be reduced.

一方、フラン樹脂を合成する際に固体酸触媒を用いる技術が知られている。例えば、下記特許文献1には、スルホン酸基を含有するイオン交換樹脂を用いて、粘結剤組成物用のフラン樹脂を合成する方法が記載されている。また、下記非特許文献1には、カーボンに硫酸を作用させてスルホン酸基を導入したカーボン系固体酸を用いて、粘結剤組成物用のフラン樹脂を合成する方法が記載されている。   On the other hand, a technique using a solid acid catalyst when synthesizing a furan resin is known. For example, Patent Document 1 below describes a method of synthesizing a furan resin for a binder composition using an ion exchange resin containing a sulfonic acid group. Non-Patent Document 1 below describes a method of synthesizing a furan resin for a binder composition using a carbon-based solid acid in which sulfonic acid groups are introduced by allowing sulfuric acid to act on carbon.

特開昭55−82117号公報JP-A-55-82117

埼玉県産業技術総合センター研究報告 第6巻(2008)「環境配慮型鋳型造型法の開発」Saitama Industrial Technology Center Research Report Vol. 6 (2008) "Development of environmentally friendly mold making method"

固体酸触媒は合成後にろ過等で除去できるため、酸触媒が残存することによる課題は解決できる。しかし、上記特許文献1や非特許文献1で使用される固体酸はスルホン酸基を含有する強酸であるため、条件によってはフラン樹脂の合成中に触媒表面で局所反応が起こり、触媒表面で樹脂が硬化してしまうことが本発明者の検討により判明した。樹脂が触媒表面で硬化すると、固体酸触媒が反応触媒として機能しなくなるため、目的とする反応が安定的にできなくなり、所望のフラン樹脂が製造できなくなる。   Since the solid acid catalyst can be removed by filtration or the like after synthesis, the problem caused by the remaining acid catalyst can be solved. However, since the solid acid used in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 is a strong acid containing a sulfonic acid group, a local reaction occurs on the catalyst surface during the synthesis of the furan resin depending on conditions, and the resin on the catalyst surface. It became clear by examination of this inventor that this will harden | cure. When the resin is cured on the catalyst surface, the solid acid catalyst does not function as a reaction catalyst, so that the intended reaction cannot be stably performed, and a desired furan resin cannot be produced.

本発明は、粘結剤組成物用のフラン樹脂の合成を容易に行うことができる上、粘結剤組成物の粘度上昇を抑制し、得られる鋳型の強度低下を防止できる鋳型造型用粘結剤組成物の製造方法、及び鋳型造型用粘結剤組成物を提供する。   The present invention can easily synthesize a furan resin for a binder composition, suppress the increase in viscosity of the binder composition, and prevent the resulting mold from being reduced in strength. The manufacturing method of an agent composition and the binder composition for mold making are provided.

本発明の鋳型造型用粘結剤組成物の製造方法は、フラン樹脂を含有する鋳型造型用粘結剤組成物の製造方法であって、ハメットの酸度関数Hoが3.3以上である固体酸触媒の存在下、フルフリルアルコールを含有するモノマー組成物を重合した後、前記固体酸触媒を除去して前記フラン樹脂を得る工程を有する、鋳型造型用粘結剤組成物の製造方法である。   The method for producing a binder for mold making according to the present invention is a method for producing a binder composition for mold making containing a furan resin, wherein Hammett's acidity function Ho is 3.3 or more. It is a method for producing a binder composition for mold making, comprising a step of polymerizing a monomer composition containing furfuryl alcohol in the presence of a catalyst and then removing the solid acid catalyst to obtain the furan resin.

本発明の鋳型造型用粘結剤組成物は、上記本発明の製造方法により得られる鋳型造型用粘結剤組成物である。   The binder composition for mold making of the present invention is a binder composition for mold making obtained by the production method of the present invention.

本発明の鋳型造型用粘結剤組成物の製造方法によれば、粘結剤組成物用のフラン樹脂の合成を容易に行うことができる上、粘結剤組成物の粘度上昇を抑制し、得られる鋳型の強度低下を防止できる鋳型造型用粘結剤組成物を製造できる。また、本発明の鋳型造型用粘結剤組成物によれば、粘結剤組成物の粘度上昇を抑制し、得られる鋳型の強度低下を防止できる。   According to the method for producing a binder composition for mold making of the present invention, it is possible to easily synthesize a furan resin for a binder composition, and to suppress an increase in the viscosity of the binder composition, The binder composition for mold making which can prevent the intensity | strength fall of the obtained casting_mold | template can be manufactured. Moreover, according to the binder composition for mold making of this invention, the viscosity raise of a binder composition can be suppressed and the intensity | strength fall of the casting_mold | template obtained can be prevented.

本発明の鋳型造型用粘結剤組成物(以下、単に「粘結剤組成物」ともいう)の製造方法は、フラン樹脂を含有する粘結剤組成物の製造方法を対象とする。本発明では、ハメットの酸度関数Ho(以下、単に「Ho」ともいう)が3.3以上である固体酸触媒の存在下、フルフリルアルコールを含有するモノマー組成物を重合する。このように、本発明では、Hoが3.3以上の弱酸を使用するために、固体酸触媒であっても、局所反応が生じ難くなり、樹脂の合成を均一に行うことができる。なお、本発明におけるHoは、ハメット指示薬を用いて測定される酸強度の指標であって、値が大きいほど弱い酸であることを示す。前記数値範囲の上限及び/又は下限は、ハメット指示薬のpKaで決定される。具体的なHoの測定方法の一例は、後述する実施例で示す。   The manufacturing method of the binder composition for mold making of the present invention (hereinafter, also simply referred to as “binding agent composition”) is directed to the manufacturing method of a binder composition containing a furan resin. In the present invention, a monomer composition containing furfuryl alcohol is polymerized in the presence of a solid acid catalyst having a Hammett acidity function Ho (hereinafter also simply referred to as “Ho”) of 3.3 or more. As described above, in the present invention, since a weak acid having Ho of 3.3 or more is used, a local reaction hardly occurs even with a solid acid catalyst, and the resin can be synthesized uniformly. In addition, Ho in the present invention is an index of acid strength measured using a Hammett indicator, and indicates that a larger value indicates a weaker acid. The upper and / or lower limit of the numerical range is determined by the Hammett indicator pKa. An example of a specific method for measuring Ho will be described in Examples described later.

本発明において、局所反応の防止の観点から、Hoが3.3以上であることが必須であり、重合速度の向上の観点から、Hoが6.8未満であることが好ましく、4.8未満であることがより好ましく、4.0未満であることが更に好ましい。即ち、本発明において、局所反応の防止と重合速度の向上を両立させる観点から、Hoが3.3以上6.8未満であることが好ましく、3.3以上4.8未満であることがより好ましく、3.3以上4.0未満であることが更に好ましい。   In the present invention, it is essential that Ho is 3.3 or more from the viewpoint of preventing local reaction, and Ho is preferably less than 6.8 from the viewpoint of improving the polymerization rate, and less than 4.8. Is more preferable, and it is still more preferable that it is less than 4.0. That is, in the present invention, Ho is preferably 3.3 or more and less than 6.8, and more preferably 3.3 or more and less than 4.8 from the viewpoint of achieving both prevention of local reaction and improvement of the polymerization rate. Preferably, it is 3.3 or more and less than 4.0.

また、本発明では、モノマー組成物を重合した後、固体酸触媒を除去してフラン樹脂を得る。上記除去方法としては、ろ過、遠心分離、デカンテーション等が例示できる。このように、本発明では固体酸触媒を用いるため、フラン樹脂の合成後に容易に触媒を除去できる。これにより、酸触媒に起因する粘結剤組成物の粘度上昇を抑制できる。更に、アルカリを添加して粘結剤組成物のpHを調整する必要がないため、フラン樹脂中和塩の生成がなく、粘結剤組成物中の樹脂成分(純分)の割合を増加させることができる。従って、本発明によれば、得られる鋳型の強度低下を防止できる。なお、「固体酸触媒」とは、反応溶液中で固体で分散する酸からなる触媒であり、フラン樹脂の合成中も合成後もフラン樹脂に溶解し難い酸を指し、例えば、25℃において、合成されたフラン樹脂100gに対する溶解量が10mg以下の酸を指す。   Moreover, in this invention, after superposing | polymerizing a monomer composition, a solid acid catalyst is removed and a furan resin is obtained. Examples of the removal method include filtration, centrifugation, and decantation. Thus, since a solid acid catalyst is used in the present invention, the catalyst can be easily removed after the synthesis of the furan resin. Thereby, the viscosity raise of the binder composition resulting from an acid catalyst can be suppressed. Furthermore, since it is not necessary to adjust the pH of the binder composition by adding alkali, there is no formation of a furan resin neutralized salt, and the proportion of the resin component (pure component) in the binder composition is increased. be able to. Therefore, according to the present invention, it is possible to prevent a reduction in strength of the obtained mold. The “solid acid catalyst” is a catalyst composed of an acid that is solidly dispersed in the reaction solution, and refers to an acid that is difficult to dissolve in the furan resin during and after the synthesis of the furan resin. This refers to an acid having a solubility of 10 mg or less with respect to 100 g of the synthesized furan resin.

本発明で使用できる固体酸触媒としては、Hoが3.3以上であれば特に限定されず、例えば、カルボキシル基、シラノール基、水酸基等を官能基として含有する固体酸や、表面にルイス酸点を持つ固体酸等が挙げられるが、鋳型の強度低下を防止できる観点から、カルボキシル基を含有する固体酸、及びシラノール基を含有する固体酸が好ましく、カルボキシル基を含有する固体酸がより好ましい。   The solid acid catalyst that can be used in the present invention is not particularly limited as long as Ho is 3.3 or more. For example, a solid acid containing a carboxyl group, silanol group, hydroxyl group or the like as a functional group, or a Lewis acid point on the surface. From the viewpoint of preventing a reduction in the strength of the template, a solid acid containing a carboxyl group and a solid acid containing a silanol group are preferred, and a solid acid containing a carboxyl group is more preferred.

また、具体的にHoが3.3以上である固体酸としては、カルボキシル基を含有するイオン交換樹脂や、シリカゲルなどの酸化物が挙げられる。また、Hoを調整するため、固体酸表面を化学的に修飾し調整されたものでも構わない。例示すると、イオン交換樹脂としては、オルガノ社製のアンバーライトIRC−50や同アンバーライトIRC−76等が例示できる。シリカゲルとしては、富士デビソン化学社製のシリカゲル4B等が例示できる。   Specific examples of the solid acid having Ho of 3.3 or more include an ion exchange resin containing a carboxyl group and an oxide such as silica gel. Moreover, in order to adjust Ho, the solid acid surface may be chemically modified and adjusted. Illustrative examples of the ion exchange resin include Amberlite IRC-50 and Amberlite IRC-76 manufactured by Organo Corporation. Examples of the silica gel include silica gel 4B manufactured by Fuji Devison Chemical Co., Ltd.

上記固体酸触媒を用いて合成されるフラン樹脂は、フルフリルアルコールを含有するモノマー組成物を重合して得られるものであり、且つ鋳型造型用の粘結剤に使用できる限り、特に限定されず、例えばフルフリルアルコールの縮合物、フルフリルアルコールとアルデヒド類の縮合物、フルフリルアルコールと尿素の縮合物、フルフリルアルコールとフェノール類とアルデヒド類の縮合物、フルフリルアルコールとメラミンとアルデヒド類の縮合物、フルフリルアルコールと尿素とアルデヒド類の縮合物よりなる群から選ばれる1種以上、又は前記群から選ばれる2種以上からなる共縮合物が使用できる。このうち、得られる鋳型の可撓性を向上させる観点、及び鋳型強度向上の観点から、フルフリルアルコールと尿素の縮合物、フルフリルアルコールとメラミンとアルデヒド類の縮合物、フルフリルアルコールと尿素とアルデヒド類の縮合物が好ましく、フルフリルアルコールと尿素とアルデヒド類の縮合物がより好ましい。なお、尿素やメラミン等のアミノ基を有する化合物から得られる粘結剤組成物は、該アミノ基が樹脂成分と架橋結合を形成すると考えられ、得られる鋳型の可撓性や強度に好ましい影響を与えることが推測される。前記鋳型の可撓性は、原型から鋳型を抜型する際に必要である。特に、複雑な形状の鋳型を造型した際に、鋳型の可撓性が高いと、抜型時に鋳型の肉厚が薄い部分に応力が集中することに起因する鋳型割れを防ぐことができる。   The furan resin synthesized using the solid acid catalyst is not particularly limited as long as it is obtained by polymerizing a monomer composition containing furfuryl alcohol and can be used as a binder for mold making. For example, condensates of furfuryl alcohol, condensates of furfuryl alcohol and aldehydes, condensates of furfuryl alcohol and urea, condensates of furfuryl alcohol and phenols and aldehydes, furfuryl alcohol and melamine and aldehydes. A condensate, one or more selected from the group consisting of furfuryl alcohol, urea and aldehydes, or a cocondensate consisting of two or more selected from the above group can be used. Among these, from the viewpoint of improving the flexibility of the obtained mold and the improvement of the mold strength, a condensate of furfuryl alcohol and urea, a condensate of furfuryl alcohol, melamine and aldehydes, furfuryl alcohol and urea. Condensates of aldehydes are preferable, and condensates of furfuryl alcohol, urea, and aldehydes are more preferable. Note that the binder composition obtained from a compound having an amino group such as urea or melamine is considered to form a crosslink bond with the resin component, and this has a favorable effect on the flexibility and strength of the obtained mold. Guess to give. The flexibility of the mold is necessary when the mold is extracted from the original mold. In particular, when a mold having a complicated shape is formed, if the mold has high flexibility, it is possible to prevent mold cracks caused by stress concentration at a portion where the thickness of the mold is thin at the time of mold removal.

なお、フラン樹脂の合成では、通常、未反応のフルフリルアルコールが残存する。また、上記固体酸触媒を用いて合成されるフラン樹脂は、粘結剤組成物に使用する際、該粘結剤組成物の粘度を適度な範囲に調整する観点から、さらにフルフリルアルコールと混合してもよい。つまり、本発明の製造方法で得られる粘結剤組成物は、上記固体酸触媒を用いて合成されたフラン樹脂以外に、フルフリルアルコールを含有することができる。   In the synthesis of furan resin, unreacted furfuryl alcohol usually remains. The furan resin synthesized using the solid acid catalyst is further mixed with furfuryl alcohol from the viewpoint of adjusting the viscosity of the binder composition to an appropriate range when used in the binder composition. May be. That is, the binder composition obtained by the production method of the present invention can contain furfuryl alcohol in addition to the furan resin synthesized using the solid acid catalyst.

上記フラン樹脂の合成に用いられるモノマー組成物は、目的の縮合物に応じて選択され、例えば、フルフリルアルコール、アルデヒド類、尿素、フェノール類、及びメラミンから選ばれる1種以上のモノマーを含有するモノマー組成物が使用できる。   The monomer composition used for the synthesis of the furan resin is selected according to the desired condensate, and contains, for example, one or more monomers selected from furfuryl alcohol, aldehydes, urea, phenols, and melamine. Monomer compositions can be used.

前記アルデヒド類としては、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、グリオキザール、フルフラール、テレフタルアルデヒド、ヒドロキシメチルフルフラール等が挙げられ、これらのうち1種以上を適宜使用できる。鋳型強度向上の観点からは、ホルムアルデヒドを用いるのが好ましく、造型時のホルムアルデヒド発生量低減の観点からは、フルフラールやテレフタルアルデヒド、ヒドロキシメチルフルフラールを用いるのが好ましい。   Examples of the aldehydes include formaldehyde, acetaldehyde, glyoxal, furfural, terephthalaldehyde, and hydroxymethylfurfural, and one or more of these can be used as appropriate. From the viewpoint of improving the mold strength, it is preferable to use formaldehyde, and from the viewpoint of reducing the amount of formaldehyde generated during molding, it is preferable to use furfural, terephthalaldehyde, or hydroxymethylfurfural.

前記フェノール類としては、フェノール、クレゾール、レゾルシン、ビスフェノールA、ビスフェノールC、ビスフェノールE、ビスフェノールFなどが挙げられ、これらのうち1種以上を使用できる。   Examples of the phenols include phenol, cresol, resorcin, bisphenol A, bisphenol C, bisphenol E, and bisphenol F, and one or more of these can be used.

フルフリルアルコールとアルデヒド類の縮合物を製造する場合には、フルフリルアルコール1モルに対して、アルデヒド類を0.01〜1モル使用することが好ましい。また、フルフリルアルコールとアルデヒド類と尿素の縮合物を製造する場合には、フルフリルアルコール1モルに対して、アルデヒド類を0.05〜3モル、尿素を0.03〜1.5モル使用することが好ましい。   When manufacturing the condensate of furfuryl alcohol and aldehydes, it is preferable to use 0.01-1 mol of aldehydes with respect to 1 mol of furfuryl alcohol. Moreover, when manufacturing the condensate of furfuryl alcohol, aldehydes, and urea, 0.05-3 mol of aldehydes and 0.03-1.5 mol of urea are used with respect to 1 mol of furfuryl alcohol. It is preferable to do.

フラン樹脂を合成する際のモノマー組成物と固体酸触媒の重量比は、反応の方法や用いる固体酸触媒の比重、あるいは製造時間短縮の観点から適宜調節される。固体酸を懸濁状態にして重合する場合には、前記重量比は、モノマー組成物を含む反応液:固体酸触媒=100:0.1〜100:50が好ましく、100:5〜100:30がより好ましく、100:10〜100:20が更に好ましい。また、固体酸を充填した固定床にて反応液を流通させることで反応させることも出来る。   The weight ratio of the monomer composition to the solid acid catalyst when synthesizing the furan resin is appropriately adjusted from the viewpoint of the reaction method, the specific gravity of the solid acid catalyst used, or shortening the production time. In the case of polymerization in a solid acid suspension, the weight ratio is preferably a reaction solution containing a monomer composition: a solid acid catalyst = 100: 0.1 to 100: 50, preferably 100: 5 to 100: 30. Is more preferable, and 100: 10 to 100: 20 is even more preferable. Moreover, it can also be made to react by distribute | circulating a reaction liquid in the fixed bed filled with the solid acid.

フラン樹脂を合成する際の反応温度は、使用する原料により異なり、反応後得られる粘結剤組成物の粘度、アルデヒドの残留量、製造時間短縮、フラン樹脂の暴走反応の防止や、原料の蒸発防止の観点から、50〜150℃が好ましく、70〜130℃がより好ましく、80〜130℃が更に好ましい。同様の観点から、フラン樹脂を合成する際の反応時間は、0.5〜12時間が好ましく、1〜10時間がより好ましく、3〜8時間が更に好ましい。   The reaction temperature when synthesizing the furan resin varies depending on the raw material used. The viscosity of the binder composition obtained after the reaction, the residual amount of aldehyde, shortening the production time, preventing the runaway reaction of the furan resin, and the evaporation of the raw material From the viewpoint of prevention, 50 to 150 ° C is preferable, 70 to 130 ° C is more preferable, and 80 to 130 ° C is still more preferable. From the same viewpoint, the reaction time for synthesizing the furan resin is preferably 0.5 to 12 hours, more preferably 1 to 10 hours, and further preferably 3 to 8 hours.

上記固体酸触媒を用いて合成されたフラン樹脂は、粘結剤組成物の一成分として使用されるが、上記合成されたフラン樹脂の粘結剤組成物中における含有量は、保存時の粘度上昇を防止する観点から5重量%以上が好ましく、30重量%以上がより好ましく、50重量%以上が更に好ましい。   The furan resin synthesized using the solid acid catalyst is used as one component of the binder composition, but the content of the synthesized furan resin in the binder composition is the viscosity during storage. From the viewpoint of preventing the increase, the content is preferably 5% by weight or more, more preferably 30% by weight or more, and further preferably 50% by weight or more.

本発明の製造方法で得られた粘結剤組成物がフルフリルアルコールを含有する場合は、粘結剤組成物の粘度を適度な範囲に調整する観点から、粘結剤組成物中のフルフリルアルコールの含有量は、好ましくは50〜98重量%であり、より好ましくは60〜90重量%であり、更に好ましくは70〜85重量%である。   When the binder composition obtained by the production method of the present invention contains furfuryl alcohol, from the viewpoint of adjusting the viscosity of the binder composition to an appropriate range, furfuryl in the binder composition. The alcohol content is preferably 50 to 98% by weight, more preferably 60 to 90% by weight, and still more preferably 70 to 85% by weight.

本発明では、前記固体酸触媒を除去した後、反応液に、尿素及びメラミンから選ばれる1種以上とアルデヒド類とアルカリ触媒とを添加し、更に重合反応を行ってフラン樹脂を得てもよい。アルカリ触媒を用いることにより、尿素及びメラミンから選ばれる1種以上と、アルデヒド類と、フルフリルアルコールの縮合物や共縮合物との反応を促進させることができる。また、尿素やメラミンはアミノ基含有化合物であるため、フリルアルコールの縮合物や共縮合物と共縮合させることで、鋳型の可撓性を向上できる上、鋳型強度を向上できる。   In the present invention, after removing the solid acid catalyst, one or more selected from urea and melamine, an aldehyde and an alkali catalyst may be added to the reaction solution, and a polymerization reaction may be further performed to obtain a furan resin. . By using an alkali catalyst, the reaction of one or more selected from urea and melamine, aldehydes, and a furfuryl alcohol condensate or cocondensate can be promoted. In addition, since urea and melamine are amino group-containing compounds, co-condensation with a furyl alcohol condensate or co-condensate can improve the mold flexibility and the mold strength.

上記アルカリ触媒としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム等を使用できる。添加するアルカリ触媒は、尿素及びメラミンから選ばれる1種以上の化合物100重量部に対し、0.01〜2重量部程度である。   As the alkali catalyst, potassium hydroxide, sodium hydroxide, calcium hydroxide, magnesium hydroxide or the like can be used. The alkali catalyst to be added is about 0.01 to 2 parts by weight with respect to 100 parts by weight of one or more compounds selected from urea and melamine.

上記アルカリ触媒を用いて重合する際の反応温度は、反応後得られる粘結剤組成物の粘度、アルデヒドの残留量、製造時間短縮、フラン樹脂の暴走反応の防止や、原料の蒸発防止の観点から、50〜160℃が好ましく、70〜140℃がより好ましく、80〜110℃が更に好ましい。同様の観点から、上記反応時間は、5〜600分が好ましく、10〜180分がより好ましく、30〜120分が更に好ましい。   The reaction temperature when polymerizing using the above alkali catalyst is the viewpoint of the viscosity of the binder composition obtained after the reaction, the residual amount of aldehyde, shortening the production time, preventing the runaway reaction of furan resin, and preventing the evaporation of raw materials. Therefore, 50 to 160 ° C is preferable, 70 to 140 ° C is more preferable, and 80 to 110 ° C is still more preferable. From the same viewpoint, the reaction time is preferably 5 to 600 minutes, more preferably 10 to 180 minutes, and still more preferably 30 to 120 minutes.

次に、本発明の鋳型造型用粘結剤組成物(粘結剤組成物)に含有される各成分について説明する。なお、本発明の粘結剤組成物は、上述した本発明の製造方法により得られる粘結剤組成物、つまり上記固体酸触媒を用いて合成されたフラン樹脂を含有する粘結剤組成物である。よって、フラン樹脂に関する内容は上記と重複するため省略する。   Next, each component contained in the binder composition for mold making of the present invention (binder composition) will be described. The binder composition of the present invention is a binder composition obtained by the above-described production method of the present invention, that is, a binder composition containing a furan resin synthesized using the solid acid catalyst. is there. Therefore, since the content regarding furan resin overlaps with the above, it is omitted.

<硬化促進剤>
本発明の粘結剤組成物中には、鋳型の割れを防ぐ観点、及び最終的な鋳型強度を向上させる観点から、硬化促進剤が含まれていてもよい。硬化促進剤としては、最終的な鋳型強度を向上させる観点から、下記一般式(1)で表される化合物(以下、硬化促進剤(1)という)、フェノール誘導体、芳香族ジアルデヒド、及びタンニン類からなる群より選ばれる1種以上が好ましい。
<Curing accelerator>
The binder composition of the present invention may contain a curing accelerator from the viewpoint of preventing cracking of the mold and improving the final mold strength. As the curing accelerator, from the viewpoint of improving the final mold strength, a compound represented by the following general formula (1) (hereinafter referred to as curing accelerator (1)), a phenol derivative, an aromatic dialdehyde, and tannin. One or more selected from the group consisting of categoricals is preferred.

Figure 0005683941
〔式中、X1及びX2は、それぞれ水素原子、CH3又はC25の何れかを表す。〕
Figure 0005683941
[Wherein, X 1 and X 2 each represent a hydrogen atom, CH 3 or C 2 H 5 . ]

硬化促進剤(1)としては、2,5−ビスヒドロキシメチルフラン、2,5−ビスメトキシメチルフラン、2,5−ビスエトキシメチルフラン、2−ヒドロキシメチル−5−メトキシメチルフラン、2−ヒドロキシメチル−5−エトキシメチルフラン、2−メトキシメチル−5−エトキシメチルフランが挙げられる。なかでも、最終的な鋳型強度を向上させる観点から、2,5−ビスヒドロキシメチルフランを使用するのが好ましい。粘結剤組成物中の硬化促進剤(1)の含有量は、硬化促進剤(1)のフラン樹脂への溶解性の観点、及び最終的な鋳型強度を向上させる観点から、0.5〜63重量%であることが好ましく、1.8〜50重量%であることがより好ましく、2.5〜50重量%であることが更に好ましく、3.0〜40重量%であることが更により好ましい。   As the curing accelerator (1), 2,5-bishydroxymethylfuran, 2,5-bismethoxymethylfuran, 2,5-bisethoxymethylfuran, 2-hydroxymethyl-5-methoxymethylfuran, 2-hydroxy Examples include methyl-5-ethoxymethylfuran and 2-methoxymethyl-5-ethoxymethylfuran. Among these, 2,5-bishydroxymethylfuran is preferably used from the viewpoint of improving the final template strength. The content of the curing accelerator (1) in the binder composition is 0.5 to 0.5 from the viewpoint of the solubility of the curing accelerator (1) in the furan resin and the final mold strength. It is preferably 63% by weight, more preferably 1.8 to 50% by weight, still more preferably 2.5 to 50% by weight, still more preferably 3.0 to 40% by weight. preferable.

フェノール誘導体としては、例えばレゾルシン、クレゾール、ヒドロキノン、フロログルシノール、メチレンビスフェノール等が挙げられる。なかでも、鋳型の深部硬化性の観点及び最終的な鋳型強度を向上させる観点から、レゾルシンが好ましい。粘結剤組成物中の上記フェノール誘導体の含有量は、フェノール誘導体のフラン樹脂への溶解性の観点及び、最終的な鋳型強度を向上させる観点から、1〜25重量%であることが好ましく、2〜15重量%であることがより好ましく、3〜10重量%であることが更に好ましい。なかでも、レゾルシンを用いる場合は、粘結剤組成物中のレゾルシンの含有量は、レゾルシンのフラン樹脂への溶解性の観点、及び最終的な鋳型強度を向上させる観点から、1〜10重量%であることが好ましく、2〜7重量%であることがより好ましく、3〜6重量%であることが更に好ましい。   Examples of the phenol derivative include resorcin, cresol, hydroquinone, phloroglucinol, methylene bisphenol, and the like. Among these, resorcin is preferable from the viewpoint of deep moldability of the mold and the viewpoint of improving the final mold strength. The content of the phenol derivative in the binder composition is preferably 1 to 25% by weight from the viewpoint of the solubility of the phenol derivative in the furan resin and the final mold strength. It is more preferably 2 to 15% by weight, and further preferably 3 to 10% by weight. In particular, when resorcin is used, the content of resorcin in the binder composition is 1 to 10% by weight from the viewpoint of the solubility of resorcin in the furan resin and the final mold strength. Preferably, it is 2 to 7% by weight, more preferably 3 to 6% by weight.

芳香族ジアルデヒドとしては、テレフタルアルデヒド、フタルアルデヒド及びイソフタルアルデヒド等、並びにそれらの誘導体等が挙げられる。それらの誘導体とは、基本骨格としての2つのホルミル基を有する芳香族化合物の芳香環にアルキル基等の置換基を有する化合物等を意味する。鋳型の割れを防ぐ観点から、テレフタルアルデヒド及びテレフタルアルデヒドの誘導体が好ましく、テレフタルアルデヒドがより好ましい。粘結剤組成物中の芳香族ジアルデヒドの含有量は、芳香族ジアルデヒドをフラン樹脂に十分に溶解させる観点、及び芳香族ジアルデヒド自体の臭気を抑制する観点から、好ましくは0.1〜15重量%であり、より好ましくは0.5〜10重量%であり、更に好ましくは1〜5重量%である。   Examples of the aromatic dialdehyde include terephthalaldehyde, phthalaldehyde, isophthalaldehyde, and derivatives thereof. These derivatives mean compounds having a substituent such as an alkyl group on the aromatic ring of an aromatic compound having two formyl groups as the basic skeleton. From the viewpoint of preventing cracking of the mold, terephthalaldehyde and terephthalaldehyde derivatives are preferable, and terephthalaldehyde is more preferable. The content of the aromatic dialdehyde in the binder composition is preferably 0.1 to 0.1 from the viewpoint of sufficiently dissolving the aromatic dialdehyde in the furan resin and suppressing the odor of the aromatic dialdehyde itself. It is 15% by weight, more preferably 0.5 to 10% by weight, still more preferably 1 to 5% by weight.

タンニン類としては、縮合タンニンや加水分解型タンニンが挙げられる。これら縮合タンニンや加水分解型タンニンの例としては、ピロガロール骨格やレゾルシン骨格を持つタンニンが挙げられる。また、これらタンニン類を含有する樹皮抽出物や植物由来の葉、実、種、植物に寄生した虫こぶ等の天然物からの抽出物を添加しても構わない。   Examples of tannins include condensed tannins and hydrolyzed tannins. Examples of these condensed tannins and hydrolyzed tannins include tannins having a pyrogallol skeleton and a resorcin skeleton. Moreover, you may add the extract from natural products, such as a leaf bark extract containing these tannins, and a leaf derived from a plant, a fruit, a seed | species, and a worm hump parasitic on a plant.

<水分>
本発明の粘結剤組成物中には、さらに水分が含まれてもよい。例えば、フルフリルアルコールとアルデヒド類の縮合物などの各種縮合物を合成する場合、水溶液状の原料を使用したり縮合水が生成したりするため、縮合物は、通常、水分との混合物の形態で得られる。このような縮合物を粘結剤組成物に使用するにあたり、水分は必要に応じて、トッピング等で除去しても構わないが、硬化反応速度を維持できる限り、製造の際にあえて除去する必要はない。また、粘結剤組成物を取扱いやすい粘度に調整する目的などで、水分をさらに添加してもよい。ただし、水分が過剰になると、フラン樹脂の硬化反応が阻害されるおそれがあるため、粘結剤組成物中の水分含有量は0.5〜30重量%の範囲とすることが好ましく、粘結剤組成物を扱いやすくする観点と硬化反応速度を維持する観点から1〜10重量%の範囲がより好ましく、3〜7重量%の範囲が更に好ましい。また、最終的な鋳型強度を向上させる観点から、10重量%以下とすることが好ましく、7重量%以下とすることがより好ましく、4重量%以下とすることが更に好ましい。
<Moisture>
The binder composition of the present invention may further contain moisture. For example, when synthesizing various condensates such as a condensate of furfuryl alcohol and aldehydes, an aqueous raw material is used or condensed water is generated. Therefore, the condensate is usually in the form of a mixture with moisture. It is obtained with. When using such a condensate in a binder composition, moisture may be removed by topping, etc., if necessary. However, as long as the curing reaction rate can be maintained, it is necessary to remove it during production. There is no. In addition, moisture may be further added for the purpose of adjusting the binder composition to a viscosity that is easy to handle. However, since excessive moisture may inhibit the curing reaction of the furan resin, the water content in the binder composition is preferably in the range of 0.5 to 30% by weight. From the viewpoint of making the agent composition easy to handle and maintaining the curing reaction rate, the range of 1 to 10% by weight is more preferable, and the range of 3 to 7% by weight is more preferable. Further, from the viewpoint of improving the final mold strength, it is preferably 10% by weight or less, more preferably 7% by weight or less, and still more preferably 4% by weight or less.

<その他の添加剤>
また、粘結剤組成物中には、さらにシランカップリング剤等の添加剤が含まれていてもよい。例えばシランカップリング剤が含まれていると、最終的な鋳型強度を向上させることができるため好ましい。シランカップリング剤としては、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノシランや、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン等のエポキシシラン、γ―プロピルトリエトキシシラン等のアルコキシシラン、ウレイドシラン、メルカプトシラン、スルフィドシラン、メタクリロキシシラン、アクリロキシシランなどが用いられる。好ましくは、アミノシラン、エポキシシラン、ウレイドシランである。シランカップリング剤の粘結剤組成物中の含有量は、最終的な鋳型強度を向上させる観点から、0.01〜0.5重量%であることが好ましく、0.05〜0.3重量%であることがより好ましい。
<Other additives>
The binder composition may further contain an additive such as a silane coupling agent. For example, it is preferable that a silane coupling agent is included because the final mold strength can be improved. Examples of silane coupling agents include N-β (aminoethyl) γ-aminopropylmethyldimethoxysilane, N-β (aminoethyl) γ-aminopropyltrimethoxysilane, N-β (aminoethyl) γ-aminopropyltriethoxy. Aminosilanes such as silane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, 3-glycidoxy Epoxy silanes such as propyltriethoxysilane, alkoxy silanes such as γ-propyltriethoxy silane, ureido silane, mercapto silane, sulfide silane, methacryloxy silane, acryloxy silane and the like are used. Amino silane, epoxy silane, and ureido silane are preferable. The content of the silane coupling agent in the binder composition is preferably 0.01 to 0.5% by weight, and 0.05 to 0.3% by weight from the viewpoint of improving the final mold strength. % Is more preferable.

また、自硬性鋳型においては、ミキサー内で、耐火性粒子と粘結剤組成物と硬化剤を混合した直後から反応が開始されてしまうため、粘結剤組成物の粘度は低いほうが好ましい。上記観点から、本発明の粘結剤組成物の粘度は、25℃においてE型粘度計で測定した値として、1〜80mPa・sであることが好ましく、より好ましくは5〜60mPa・sであり、さらに好ましくは8〜40mPa・sである。   Further, in the self-hardening mold, since the reaction is started immediately after mixing the refractory particles, the binder composition and the curing agent in the mixer, the viscosity of the binder composition is preferably low. From the above viewpoint, the viscosity of the binder composition of the present invention is preferably 1 to 80 mPa · s, more preferably 5 to 60 mPa · s, as a value measured with an E-type viscometer at 25 ° C. More preferably, it is 8 to 40 mPa · s.

本発明の粘結剤組成物は、耐火性粒子及び硬化剤と共に混練して混練砂を調製し、該混練砂を硬化させる鋳型の製造方法に好適である。本発明の粘結剤組成物を用いて鋳型を製造する場合、従来の鋳型の製造方法のプロセスを適用できる。例えば、上記本発明の粘結剤組成物と、この粘結剤組成物を硬化させる硬化剤とを耐火性粒子に加え、これらをバッチミキサーや連続ミキサーなどで混練することによって、上記混練砂を得ることができる。この場合、前記硬化剤を耐火性粒子に添加した後、本発明の粘結剤組成物を添加することが好ましい。   The binder composition of the present invention is suitable for a mold manufacturing method in which kneaded sand is prepared by kneading together with refractory particles and a curing agent, and the kneaded sand is cured. When a mold is produced using the binder composition of the present invention, a conventional process for producing a mold can be applied. For example, by adding the binder composition of the present invention and a curing agent for curing the binder composition to the refractory particles, and kneading them with a batch mixer or a continuous mixer, the kneaded sand is obtained. Can be obtained. In this case, it is preferable to add the binder composition of the present invention after adding the curing agent to the refractory particles.

耐火性粒子としては、珪砂、クロマイト砂、ジルコン砂、オリビン砂、アルミナ砂、ムライト砂、合成ムライト砂等の従来公知のものを使用でき、また、使用済みの耐火性粒子を回収したものや再生処理したものなども使用できる。   As the refractory particles, conventionally known ones such as silica sand, chromite sand, zircon sand, olivine sand, alumina sand, mullite sand, and synthetic mullite sand can be used. Processed ones can also be used.

硬化剤としては、キシレンスルホン酸(特に、m−キシレンスルホン酸)やトルエンスルホン酸(特に、p−トルエンスルホン酸)、メタンスルホン酸等のスルホン酸系化合物、リン酸、酸性リン酸エステル等のリン酸系化合物、硫酸等を含む酸性水溶液など、従来公知のものを1種以上使用できる。更に、硬化剤中にアルコール類、エーテルアルコール類及びエステル類よりなる群から選ばれる1種以上の溶剤や、カルボン酸類を含有させることができる。これらのなかでも、最終的な鋳型強度の向上を図る観点から、アルコール類、エーテルアルコール類が好ましく、エーテルアルコール類がより好ましい。また、前記溶剤や前記カルボン酸類を含有させると、硬化剤中の水分量が低減されるため、最終的な鋳型強度が更に向上する。前記溶剤や前記カルボン酸類の硬化剤中の含有量は、最終的な鋳型強度向上の観点から、5〜50重量%であることが好ましく、10〜40重量%であることがより好ましい。また、硬化剤の粘度を低減させる観点からは、メタノールやエタノールを含有させることが好ましい。   Examples of the curing agent include xylene sulfonic acid (especially m-xylene sulfonic acid), toluene sulfonic acid (particularly p-toluene sulfonic acid), sulfonic acid compounds such as methane sulfonic acid, phosphoric acid, acidic phosphoric acid ester and the like. One or more conventionally known compounds such as an acidic aqueous solution containing a phosphoric acid compound and sulfuric acid can be used. Further, the curing agent may contain one or more solvents selected from the group consisting of alcohols, ether alcohols and esters, and carboxylic acids. Among these, alcohols and ether alcohols are preferable and ether alcohols are more preferable from the viewpoint of improving the final mold strength. Moreover, when the said solvent and the said carboxylic acid are contained, since the moisture content in a hardening | curing agent is reduced, final mold intensity | strength further improves. The content of the solvent or the carboxylic acid in the curing agent is preferably 5 to 50% by weight and more preferably 10 to 40% by weight from the viewpoint of improving the final mold strength. Moreover, it is preferable to contain methanol and ethanol from a viewpoint of reducing the viscosity of a hardening | curing agent.

最終的な鋳型強度の向上を図る観点から、前記アルコール類としては、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、ベンジルアルコールが好ましく、前記エーテルアルコール類としては、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテルが好ましく、前記エステル類としては、酢酸ブチル、安息香酸ブチル、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテートが好ましい。前記カルボン酸類としては、最終的な鋳型強度向上及び臭気低減の観点から、水酸基を持つカルボン酸が好ましく、乳酸、クエン酸、リンゴ酸がより好ましい。   From the viewpoint of improving the final mold strength, the alcohols are preferably propanol, butanol, pentanol, hexanol, heptanol, octanol, benzyl alcohol, and the ether alcohols include ethylene glycol monoethyl ether, ethylene Glycol monobutyl ether, ethylene glycol monohexyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monohexyl ether, diethylene glycol monophenyl ether, ethylene glycol monophenyl ether are preferred, and the esters include butyl acetate, butyl benzoate, Ethylene glycol monobutyl ether acetate, diethylene glycol monobutyl Ether acetate are preferred. As the carboxylic acids, a carboxylic acid having a hydroxyl group is preferable, and lactic acid, citric acid, and malic acid are more preferable from the viewpoint of improving the final template strength and reducing odor.

混練砂における耐火性粒子と粘結剤組成物と硬化剤との比率は適宜設定できるが、耐火性粒子100重量部に対して、粘結剤組成物が0.5〜1.5重量部で、硬化剤が0.07〜1重量部の範囲が好ましい。このような比率であると、十分な強度の鋳型が得られやすい。更に、硬化剤の含有量は、鋳型に含まれる水分量を極力少なくする観点と、ミキサーでの混合効率の観点から、粘結剤組成物中のフラン樹脂100重量部に対して10〜40重量部であることが好ましく、15〜35重量部であることがより好ましく、18〜25重量部であることが更に好ましい。   The ratio of the refractory particles, the binder composition and the curing agent in the kneaded sand can be set as appropriate, but the binder composition is 0.5 to 1.5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the refractory particles. The curing agent is preferably in the range of 0.07 to 1 part by weight. With such a ratio, it is easy to obtain a mold having sufficient strength. Furthermore, the content of the curing agent is 10 to 40 weights with respect to 100 parts by weight of the furan resin in the binder composition from the viewpoint of minimizing the amount of water contained in the mold and the mixing efficiency in the mixer. Parts, preferably 15 to 35 parts by weight, more preferably 18 to 25 parts by weight.

本発明の鋳型造型用粘結剤組成物は、上記固体酸を用いて製造されたフラン樹脂を用い、必要に応じてフルフリルアルコールで希釈して製造できるが、本発明の鋳型造型用粘結剤組成物の製造の際に、前記硬化促進剤を混合することができる。また、その他の添加剤としてシランカップリング剤を混合しても良い。つまり、本発明の鋳型造型用粘結剤組成物は、上記固体酸を用いて製造されたフラン樹脂からなるものであってもよく、該フラン樹脂と、フルフリルアルコールや硬化促進剤あるいはその他の添加剤等との混合物であってもよい。水分は必要に応じて、トッピング等で除去しても構わないが、硬化反応速度を維持できる限り、製造の際にあえて除去する必要はない。   The mold forming binder composition of the present invention can be produced by diluting with furfuryl alcohol as necessary using the furan resin produced using the above solid acid, but the mold forming binder of the present invention. In the production of the agent composition, the curing accelerator can be mixed. Moreover, you may mix a silane coupling agent as another additive. That is, the binder composition for mold making of the present invention may be composed of a furan resin produced using the above solid acid, and the furan resin together with furfuryl alcohol, a curing accelerator, or other It may be a mixture with an additive or the like. Moisture may be removed by topping or the like, if necessary, but it is not necessary to remove it during production as long as the curing reaction rate can be maintained.

以下、本発明を具体的に示す実施例等について説明する。なお、実施例等における評価項目は下記のようにして測定を行った。   Examples and the like specifically showing the present invention will be described below. In addition, the evaluation item in an Example etc. measured as follows.

<固体酸触媒のHo>
シクロヘキサン10mL中に固体酸触媒を0.1g入れ、各々以下に示した0.1重量%のハメット指示薬のシクロヘキサン溶液を2滴滴下し、触媒上の色の変化を観察した。ハメット指示薬は、ジシンナマルアセトン(pKa−3.0)→4−ベンゼンアゾジフェニルアミン(pKa+1.5)→p−ジメチルアミノアゾベンゼン(pKa+3.3)→フェニルアゾナフチルアミン(pKa+4.0)→メチルレッド(pKa+4.8)→ニュートラルレッド(pKa+6.8)の順に滴下した。この際、例えば、p−ジメチルアミノアゾベンゼン(pKa+3.3)では酸性色への着色がなく、フェニルアゾナフチルアミン(pKa+4.0)で酸性色への着色があった場合、Hoが3.3以上4.0未満であると判断した。その他の場合も同様に判断した。
<Ho of solid acid catalyst>
0.1 g of the solid acid catalyst was put in 10 mL of cyclohexane, and 2 drops of each 0.1 wt% Hammett indicator cyclohexane solution shown below were dropped, and the color change on the catalyst was observed. Hammett indicator is dicinnamalacetone (pKa-3.0) → 4-benzeneazodiphenylamine (pKa + 1.5) → p-dimethylaminoazobenzene (pKa + 3.3) → phenylazonaphthylamine (pKa + 4.0) → methyl red (pKa + 4) .8) → Neutral red (pKa + 6.8). In this case, for example, when p-dimethylaminoazobenzene (pKa + 3.3) is not colored in an acidic color and phenylazonaphthylamine (pKa + 4.0) is colored in an acidic color, Ho is 3.3 or more and 4 Judged to be less than 0.0. The other cases were similarly judged.

<粘結剤組成物のpH>
粘結剤組成物のpHは、該粘結剤組成物と、該粘結剤組成物と等重量のイオン交換水とを混合して、25℃にてpHメーターにて測定した。
<PH of binder composition>
The pH of the binder composition was measured with a pH meter at 25 ° C. by mixing the binder composition, the binder composition and an equal weight of ion-exchanged water.

<粘結剤組成物の粘度>
得られた粘結剤組成物について、合成直後、50℃で7日間保管後、及び50℃で14日間保管後に、E型粘度計(東京計器社製)を用いて25℃における粘度を測定した。
<Viscosity of binder composition>
About the obtained binder composition, after the synthesis | combination, after storing for 7 days at 50 degreeC, and after storing for 14 days at 50 degreeC, the viscosity in 25 degreeC was measured using the E-type viscosity meter (made by Tokyo Keiki Co., Ltd.). .

<鋳型強度>
25℃、50%RHの条件下で、掛津フセン5号珪砂(山川産業社製)2kgにフラン樹脂用硬化剤として、60重量%パラトルエンスルホン酸水溶液を8g加えて混練した後、上記50℃で7日間保管後の粘結剤組成物20gを加えて混練し、混練砂を得た。この混練直後の混練砂をφ50mm×高さ50mmの木枠に充填し、充填後5時間経過した時に抜型を行い、JIS Z 2604−1976に記載された方法で圧縮強度を測定し、得られた測定値を鋳型強度とした。
<Mold strength>
Under conditions of 25 ° C. and 50% RH, 8 kg of 60% by weight paratoluenesulfonic acid aqueous solution as a furan resin curing agent was added to 2 kg of Kaketsu Fusen No. 5 silica sand (manufactured by Yamakawa Sangyo Co., Ltd.) and kneaded. Then, 20 g of the binder composition after storage for 7 days was added and kneaded to obtain kneaded sand. The kneaded sand immediately after kneading was filled into a wooden frame of φ50 mm × height 50 mm, and after 5 hours from filling, the mold was removed, and the compressive strength was measured by the method described in JIS Z 2604-1976. The measured value was used as the mold strength.

(実施例1)
フルフリルアルコール1000重量部、92重量%パラホルムアルデヒド266重量部、及び、固体酸触媒としてイオン交換樹脂アンバーライトIRC−50(オルガノ社製)102重量部を三口フラスコに入れ、110℃で6時間攪拌しながら反応させた。その後、反応液を25℃まで冷却し、静置して固体酸触媒を沈降させた後、デカンテーションにて反応液を取り出した。得られた反応液456重量部に、92重量%のパラホルムアルデヒド0.1重量部、尿素53重量部、及び25重量%の水酸化ナトリウム水溶液0.18重量部を添加し、100℃で30分間攪拌しながら反応させた。その後、反応液を50℃まで冷却し、さらに、イオン交換樹脂アンバーライトIRC−50を45重量部加え、同様に100℃で30分間反応させた。反応液を25℃まで再び冷却し、フルフリルアルコール120重量部を加えて攪拌した後、静置して固体酸触媒を沈降させ、デカンテーションにて固体酸触媒を取り除いた。得られた反応液100重量部を48重量%水酸化カリウム水溶液でpH7.2に調整した後、γ―プロピルトリエトキシシランを0.1重量部加えて実施例1の粘結剤組成物を得た。なお、アンバーライトIRC−50は、予め50℃にて1日乾燥させたものを使用した。
(Example 1)
1000 parts by weight of furfuryl alcohol, 266 parts by weight of 92% by weight paraformaldehyde, and 102 parts by weight of ion exchange resin Amberlite IRC-50 (manufactured by Organo) as a solid acid catalyst were placed in a three-necked flask and stirred at 110 ° C. for 6 hours. While reacting. Thereafter, the reaction solution was cooled to 25 ° C. and allowed to stand to precipitate the solid acid catalyst, and then the reaction solution was taken out by decantation. To 456 parts by weight of the obtained reaction liquid, 0.1 part by weight of 92% by weight of paraformaldehyde, 53 parts by weight of urea, and 0.18 part by weight of 25% by weight of sodium hydroxide aqueous solution are added, and 100 ° C. for 30 minutes. The reaction was carried out with stirring. Thereafter, the reaction solution was cooled to 50 ° C., and further 45 parts by weight of ion exchange resin Amberlite IRC-50 was added and reacted at 100 ° C. for 30 minutes in the same manner. The reaction solution was cooled again to 25 ° C., 120 parts by weight of furfuryl alcohol was added and stirred, and then allowed to stand to settle the solid acid catalyst, and the solid acid catalyst was removed by decantation. 100 parts by weight of the reaction solution obtained was adjusted to pH 7.2 with a 48% by weight aqueous potassium hydroxide solution, and then 0.1 part by weight of γ-propyltriethoxysilane was added to obtain the binder composition of Example 1. It was. In addition, Amberlite IRC-50 used what was previously dried at 50 degreeC for 1 day.

(実施例2)
フルフリルアルコール1000重量部、92重量%パラホルムアルデヒド266重量部、及び、固体酸触媒としてシリカゲル4B(富士デビソン化学社製)250重量部を三口フラスコに入れ、110℃で6時間反応させた。その後、上記実施例1と同様の操作を行い、実施例2の粘結剤組成物を得た。
(Example 2)
1000 parts by weight of furfuryl alcohol, 266 parts by weight of paraformaldehyde of 92% by weight, and 250 parts by weight of silica gel 4B (manufactured by Fuji Devison Chemical Co., Ltd.) as a solid acid catalyst were placed in a three-necked flask and reacted at 110 ° C. for 6 hours. Then, operation similar to the said Example 1 was performed, and the binder composition of Example 2 was obtained.

(実施例3)
フルフリルアルコール1000重量部、92重量%パラホルムアルデヒド266重量部、及び、固体酸触媒としてイオン交換樹脂アンバーライトIRC−76(オルガノ社製)102重量部を三口フラスコに入れ、110℃で6時間反応させた。その後、上記実施例1と同様の操作を行い、実施例3の粘結剤組成物を得た。
Example 3
1000 parts by weight of furfuryl alcohol, 266 parts by weight of 92% by weight paraformaldehyde, and 102 parts by weight of ion exchange resin Amberlite IRC-76 (manufactured by Organo) as a solid acid catalyst were placed in a three-necked flask and reacted at 110 ° C. for 6 hours. I let you. Then, operation similar to the said Example 1 was performed, and the binder composition of Example 3 was obtained.

(実施例4)
実施例1において、48重量%水酸化カリウム水溶液によるpH調整を行わなかったこと以外は実施例1と同様の操作を行い、実施例4の粘結剤組成物を得た。
Example 4
A binder composition of Example 4 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the pH was not adjusted with a 48 wt% potassium hydroxide aqueous solution in Example 1.

(比較例1)
フルフリルアルコール1000重量部、92重量%パラホルムアルデヒド266重量部、及び、コハク酸48重量部を三口フラスコに入れ、110℃で6時間攪拌しながら反応させた。その後、反応液を25℃まで冷却した。次いで、この反応液456重量部に、92重量%のパラホルムアルデヒド0.1重量部、尿素53重量部、及び25重量%の水酸化ナトリウム水溶液31重量部を添加し、100℃で30分間攪拌しながら反応させた。その後、反応液を50℃まで冷却し、さらに、コハク酸を10重量部加え、100℃で30分間反応させた。反応液を25℃まで冷却し、フルフリルアルコール120重量部を加えて攪拌した後、γ―プロピルトリエトキシシランを0.1重量部加えて比較例1の粘結剤組成物を得た。
(Comparative Example 1)
1000 parts by weight of furfuryl alcohol, 266 parts by weight of 92% by weight paraformaldehyde, and 48 parts by weight of succinic acid were placed in a three-necked flask and reacted at 110 ° C. with stirring for 6 hours. Thereafter, the reaction solution was cooled to 25 ° C. Next, 0.1 part by weight of 92% by weight paraformaldehyde, 53 parts by weight of urea, and 31 parts by weight of 25% by weight aqueous sodium hydroxide were added to 456 parts by weight of the reaction solution, and the mixture was stirred at 100 ° C. for 30 minutes. It was made to react. Thereafter, the reaction solution was cooled to 50 ° C., 10 parts by weight of succinic acid was further added, and reacted at 100 ° C. for 30 minutes. The reaction solution was cooled to 25 ° C., 120 parts by weight of furfuryl alcohol was added and stirred, and then 0.1 part by weight of γ-propyltriethoxysilane was added to obtain a binder composition of Comparative Example 1.

(比較例2)
フルフリルアルコール1000重量部、92重量%パラホルムアルデヒド266重量部、及び、固体酸触媒としてイオン交換樹脂アンバーライトCG−120(オルガノ社製)102重量部を三口フラスコに入れ、110℃で反応させたが、反応直後に触媒表面で樹脂が硬化してしまったため、粘結剤組成物を得ることができなかった。
(Comparative Example 2)
1000 parts by weight of furfuryl alcohol, 266 parts by weight of paraformaldehyde of 92% by weight, and 102 parts by weight of ion exchange resin Amberlite CG-120 (manufactured by Organo) as a solid acid catalyst were placed in a three-necked flask and reacted at 110 ° C. However, since the resin was cured on the catalyst surface immediately after the reaction, a binder composition could not be obtained.

(比較例3)
フルフリルアルコール1000重量部、92重量%パラホルムアルデヒド266重量部、及び、固体酸触媒としてゼオライトA−3(和光純薬社製)102重量部を三口フラスコに入れ、110℃で反応させたが、反応直後に触媒表面で樹脂が硬化してしまったため、粘結剤組成物を得ることができなかった。
(Comparative Example 3)
1000 parts by weight of furfuryl alcohol, 266 parts by weight of paraformaldehyde of 92% by weight, and 102 parts by weight of zeolite A-3 (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as a solid acid catalyst were placed in a three-necked flask and reacted at 110 ° C. Since the resin was cured on the catalyst surface immediately after the reaction, a binder composition could not be obtained.

得られた粘結剤組成物について、上述した方法で各項目の評価を行った。結果を表1に示す。   About the obtained binder composition, each item was evaluated by the method mentioned above. The results are shown in Table 1.

Figure 0005683941
Figure 0005683941

表1に示すように、実施例1〜4は何れの評価項目についても良好な結果が得られた。一方、比較例1は、50℃で保管した後に粘度が上昇したため、鋳型強度が低下した。また、比較例2及び3は、上述したように、反応直後に触媒表面で樹脂が硬化してしまったため、粘結剤組成物を得ることができなかった。この結果から、本発明によれば、粘結剤組成物用のフラン樹脂の合成を容易に行うことができる上、粘結剤組成物の粘度上昇を抑制し、得られる鋳型の強度低下を防止できることが確認された。   As shown in Table 1, in Examples 1 to 4, good results were obtained for any of the evaluation items. On the other hand, since the viscosity increased in Comparative Example 1 after storage at 50 ° C., the mold strength decreased. In Comparative Examples 2 and 3, as described above, since the resin was cured on the catalyst surface immediately after the reaction, a binder composition could not be obtained. From this result, according to the present invention, it is possible to easily synthesize a furan resin for a binder composition, and to suppress an increase in the viscosity of the binder composition and to prevent a reduction in strength of the obtained mold. It was confirmed that it was possible.

Claims (6)

フラン樹脂を含有する鋳型造型用粘結剤組成物の製造方法であって、
ハメットの酸度関数Hoが3.3以上である固体酸触媒の存在下、フルフリルアルコールを含有するモノマー組成物を重合した後、前記固体酸触媒を除去して前記フラン樹脂を得る工程を有する、鋳型造型用粘結剤組成物の製造方法。
A method for producing a binder composition for mold making containing a furan resin,
A step of polymerizing a monomer composition containing furfuryl alcohol in the presence of a solid acid catalyst having a Hammett acidity function Ho of 3.3 or more, and then removing the solid acid catalyst to obtain the furan resin. A method for producing a binder composition for mold making.
更に、得られたフラン樹脂を用いて鋳型造型用粘結剤組成物を得る工程を有する、請求項1記載の鋳型造型用粘結剤組成物の製造方法。   Furthermore, the manufacturing method of the binder composition for mold making of Claim 1 which has the process of obtaining the binder composition for mold making using the obtained furan resin. 前記固体酸触媒が、カルボキシル基を含有する固体酸、及びシラノール基を含有する固体酸から選ばれる1種以上である、請求項1又は2記載の鋳型造型用粘結剤組成物の製造方法。   The manufacturing method of the binder composition for mold making of Claim 1 or 2 whose said solid acid catalyst is 1 or more types chosen from the solid acid containing a carboxyl group, and the solid acid containing a silanol group. 前記フラン樹脂が、フルフリルアルコールの縮合物、フルフリルアルコールとアルデヒド類の縮合物、フルフリルアルコールと尿素の縮合物、フルフリルアルコールとフェノール類とアルデヒド類の縮合物、フルフリルアルコールとメラミンとアルデヒド類の縮合物、及びフルフリルアルコールと尿素とアルデヒド類の縮合物よりなる群から選ばれる1種以上、又は前記群から選ばれる2種以上からなる共縮合物を含む、請求項1〜3の何れか1項記載の鋳型造型用粘結剤組成物の製造方法。   The furan resin is a condensate of furfuryl alcohol, a condensate of furfuryl alcohol and aldehydes, a condensate of furfuryl alcohol and urea, a condensate of furfuryl alcohol, phenols and aldehydes, furfuryl alcohol and melamine. Condensates of aldehydes, and one or more selected from the group consisting of condensates of furfuryl alcohol, urea and aldehydes, or cocondensates consisting of two or more selected from the above group are included. The manufacturing method of the binder composition for mold making of any one of these. さらに、鋳型造型用粘結剤組成物中のシランカップリング剤の含有量が0.01〜0.5重量%となるように当該シランカップリング剤を添加する工程を有する、請求項1〜4の何れか1項記載の鋳型造型用粘結剤組成物の製造方法。Furthermore, it has the process of adding the said silane coupling agent so that content of the silane coupling agent in the binder composition for mold making may be 0.01 to 0.5 weight%. The manufacturing method of the binder composition for mold making of any one of these. 請求項1〜の何れか1項記載の製造方法により得られる、鋳型造型用粘結剤組成物。
The binder composition for mold making obtained by the manufacturing method of any one of Claims 1-5 .
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